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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Getriebe und ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebes.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Getriebe bekannt, welche Zähne umfassen, die in einem Zahnträger radial verschieblich gelagert sind. Zum Antrieb der Zähne werden Antriebselemente mit einer Profilierung, wie beispielsweise Kurvenscheiben, verwendet. Die Zähne greifen in eine Verzahnung ein, sodass es zu einer Relativbewegung zwischen dem Zahnträger mit den Zähnen und der Verzahnung kommt. Die Relativbewegung zwischen Verzahnung und Zähnen ist dabei um mindestens eine Größenordnung geringer als die Bewegung des Antriebselementes mit der Profilierung. Auf diese Weise lassen sich hohe Übersetzungen erzielen, ein Beispiel eines solchen Getriebes ist in der
DE 10 2007 011 175 A1 veröffentlicht.
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Ein arbeitsintensiver Vorgang beim Herstellen solcher Getriebe stellt das Schleifen der Verzahnung dar. Ein Schleifen ist nötig, da die Verzahnung auch an den Zahnköpfen und an den Zahnfüßen eine exakte Geometrie zur Führung der Zähne benötigt.
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Eine weitere Herausforderung solcher Getriebe liegt in der Wärmeentwicklung im Bereich der Lagerung der Zähne auf der Kurvenscheibe.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Getriebe anzugeben, insbesondere solche, die eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lagerung der Zähne auf der Kurvenscheibe aufweisen, wobei eine geringe Verlustwärme erzeugt werden soll, und/oder die eine einfachere und/oder kostengünstigere Herstellung der Verzahnung ermöglichen.
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Die Aufgabe wird mit einem Getriebe nach dem Anspruch 1 und einem Verfahren zum Herstellen eines Getriebes nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dieser Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere Koaxialgetriebe oder Lineargetriebe, mit einer Kurvenscheibe, welche eine umlaufende Profilierung aufweist, Zähnen, welche auf der Profilierung der Kurvenscheibe in Umlaufrichtung relativ zu der Kurvenscheibe verschieblich gelagert sind, einem Zahnträger, in welchem die Zähne radial relativ zu dem Zahnträger verschieblich gelagert und in radialer Richtung geführt sind, einer umlaufenden Verzahnung, in welche die Zähne eingreifen, wobei die Verzahnung durch ein kontinuierlich abwälzendes Herstellverfahren hergestellt ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Herstellverfahren für ein Getriebe in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen, wobei die Verzahnung durch ein kontinuierlich abwälzendes Herstellverfahren hergestellt wird.
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Typische kontinuierliche abwälzende Herstellverfahren sind Honen und Wälzschälen. Solche Herstellverfahren haben gegenüber dem diskontinuierlichen Schleifen einzelner Zahnlücken den Vorteil, dass sie unter Umständen einfacher und/oder kostengünstiger ausführbar sind. Bei typischen Ausführungsformen ist die Verzahnung honbar, durch Honen herstellbar oder durch Honen hergestellt. Auf diese Weise können kostengünstige Verfahren zum Herstellen verwendet werden
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Typischerweise wird die Verzahnung mit einem Herstellverfahren, welches frei von einem Schleifvorgang ist, hergestellt. Es werden an der Verzahnung typischerweise keine Einzelteilungsverfahren und/oder kein Schleifen jeder einzelnen Zahnlücke durchgeführt. Typische Verfahren zur Herstellung der Verzahnung sind frei von einer Feinbearbeitung des Zahnfußes und/oder des Zahnkopfes. Die Verzahnung wird bei typischen Ausführungsformen z.B. gestoßen oder geräumt und/oder kann im harten Zustand auch gehont und/oder wälzgeschliffen werden.
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Bei typischen Ausführungsformen weisen die Zahnfüße und/oder die Zahnköpfe der Verzahnung Ausnehmungen und/oder Kanten auf. Dies kann eine Herstellung erleichtern.
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Typischerweise ist die Verzahnung derart gestaltet, dass im Betrieb die Zähne nicht die Zahnköpfe und/oder nicht die Zahnfüße berühren. Damit ist man frei in der Gestaltung der Zahnfüße und/oder der Zahnköpfe.
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Typische Ausführungsformen umfassen Federn, welche jeweils in dem Zahnträger gelagert sind und jeweils an einem Zahn angreifen. Bei typischen Ausführungsbeispielen wird jeweils einer der Zähne durch mindestens eine oder genau eine der Federn in Richtung der Profilierung mit einer Kraft beaufschlägt. Es müssen dabei nicht alle Zähne mit einer Feder verbunden sein, bei typischen Ausführungsbeispielen sind jedoch mindestens 50% oder alle Zähne durch jeweils mindestens oder genau eine Feder mit einer Kraft beaufschlägt. Bei weiteren Ausführungsformen werden mehr als ein Zahn durch jeweils eine Feder mit einer Kraft beaufschlagt. Auf diese Weise wird eine Zahnführung in der Verzahnung überflüssig, so dass die Gestaltung der Verzahnung freier wählbar ist. Durch das Andrücken der Zähne auf die Schwenksegmente kann bei vorhandenen Schwenksegmenten der Kontakt zwischen Schwenksegmenten und Wälzkörpern aufrechterhalten werden. So kann ein Durchrutschen oder Schlupf bei den Wälzkörpern zuverlässig unterbunden werden, so dass auch Verluste und damit Wärmeentwicklung minimiert werden können.
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Bei typischen Ausführungsformen weisen die Zähne jeweils eine zumindest teilweise umlaufende Nut auf, in welcher typischerweise jeweils ein Ende jeweils einer Feder gelagert ist. Bei typischen Ausführungsformen weisen die Zähne einen zumindest teilweise umlaufenden Vorsprung zur Lagerung der Feder auf. Typischerweise ist ein anderes Ende der jeweiligen Feder an dem Zahnträger gelagert, bei typischen Ausführungsformen beispielsweise an einer der Profilierung der Kurvenscheibe zugewandten Seite des Zahnträgers oder an einem Sprengring in der jeweiligen Führung des Zahnträgers. Weitere Möglichkeiten zur Lagerung des anderen Endes der Feder können eine Stufe in der Führung oder ein Vorsprung an der der Profilierung zugewandten Seite des Zahnträgers sein.
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Typische Ausführungsformen umfassen konische Federn. Die konisch zulaufende Seite einer jeweiligen Feder kann in einer Nut des Zahnes aufgenommen werden. Weitere Ausführungsformen umfassen zylinderförmige Federn, welche bspw. an einer Stufe des Zahnes als Widerlager abgestützt sind.
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Ausführungsformen der Erfindung betreffen insbesondere Koaxialgetriebe. Üblicherweise umfassen Getriebe der Erfindung eine innenliegende Kurvenscheibe mit Profilierung als Antriebselement und ein Hohlrad mit einer innenliegenden Verzahnung oder eine außenliegende Kurvenscheibe mit innerer Profilierung und ein innenliegendes Zahnrad oder eine innenliegende Zahnstange, welche für den Fall der außenliegenden Kurvenscheibe die Verzahnung stellt. Konfigurationen von Ausführungsformen betreffen Lineargetriebe zur Umsetzung einer Rotation in eine Linearbewegung. Der Ausdruck „Kurvenscheibe“ ist typischerweise allgemein dahingehend zu verstehen, dass das entsprechende Bauteil nicht zwingend einer Scheibe ähneln muss. Vielmehr kann die Kurvenscheibe auch Teil einer Antriebswelle sein oder eine längliche Ausdehnung, insbesondere mit mehreren Abschnitten, aufweisen. Einer oder mehrere solcher Abschnitte können einen sich veränderlichen Radius aufweisen, so dass die Funktion einer Kurvenscheibe erfüllt ist. Weitere Abschnitte können andere Funktionen aufweisen und beispielsweise zylinderförmig sein oder auch mit Kanten, z.B. zur Drehmomentübertragung, versehen sein. Typischerweise bezieht sich der Ausdruck Kurvenscheibe primär auf die Funktion dieses Bauteils, nämlich eine umlaufende Profilierung bereitzustellen, um beispielsweise je nach Winkellage der Antriebswelle und damit der Kurvenscheibe die Zähne in radialer Richtung anzutreiben oder ein Zurückgleiten der Zähne in den Führungen zuzulassen. Auch Antriebselemente, welche außen liegen, werden als Kurvenscheibe bezeichnet, welche eine innere Profilierung aufweisen. Kurvenscheiben mit innerer Profilierung sind typischerweise innen hohl, wobei in diesem Hohlraum typischerweise Zahnträger mit Zähnen und die Verzahnung angeordnet sind.
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Die Verzahnung ist typischerweise eine umlaufende Verzahnung. In die Verzahnung greifen die Zähne oder die Zahnköpfe der Zähne ein, wobei die Zähne typischerweise linear radial verschieblich relativ zu dem Zahnträger gelagert sind. Dabei bedeutet „linear radial“ üblicherweise, dass eine Führung in radialer Richtung vorliegt, welche lediglich eine Bewegung des Zahnes in radialer Richtung zulässt. Typischerweise lässt sich durch die Führung ein Zahn in genau einer Richtung linear verschieben, dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Zahn über eine bestimmte Streckenlänge einen gleichbleibenden Querschnitt in Verschieberichtung aufweist, wobei der Zahnträger ebenfalls eine Öffnung für den Zahn mit gleichbleibendem Querschnitt aufweist. Üblicherweise sind die Zähne in dem Zahnträger jeweils in genau einer Richtung verschieblich gelagert, typischerweise in Richtung der Längsachse des Zahnes. Weiterhin ist bei typischen Ausführungsformen der Rotationsfreiheitsgrad der Zähne relativ zu dem Zahnträger um die Längsachse des Getriebes gesperrt. Dies kann beispielweise mit einer linearen Führung der Zähne in radialer Richtung in dem Zahnträger erreicht werden. Auf diese Weise drehen sich die Zähne mit dem Zahnträger um die Längsachse des Getriebes, allerdings nicht relativ zu dem Zahnträger. Typischerweise sind die Zähne einzeln in dem Zahnträger aufgenommen. Bei typischen Ausführungsformen sind die Zähne als Einzelzähne ausgeführt.
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Bei typischen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebe ist zumindest ein Teil der Zähne biegesteif ausgeführt. Der Begriff „biegesteif“ ist dabei typischerweise technisch zu verstehen, das heißt, dass Biegungen der Zähne aufgrund der Steifigkeit des Materials der Zähne derart klein sind, dass sie für die Kinematik des Getriebes zumindest im Wesentlichen unbedeutend sind. Biegesteife Zähne umfassen insbesondere Zähne, welche aus einer Metalllegierung, insbesondere Stahl oder einer Titanlegierung, einer Nickellegierung oder anderen Legierungen hergestellt sind. Weiterhin können auch biegesteife Zähne aus Kunststoff vorgesehen werden, insbesondere bei Getrieben, bei welchen auch zumindest einer der folgenden Teile ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist: Verzahnung an einem Hohlrad oder einem Zahnrad, Zahnträger und Antriebselement. Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung sind der Zahnträger und die Zähne aus einer Metalllegierung oder zusätzlich noch die Verzahnung oder weiter zusätzlich das Antriebselement aus einer Metalllegierung hergestellt. Solche Getriebe bieten den Vorteil, dass sie äußerst verdrehsteif und hoch belastbar sind. Getriebe aus Kunststoff bieten den Vorteil, dass sie ein geringes Gewicht aufweisen. Mit dem Ausdruck „biegesteif“ ist insbesondere eine Biegesteifigkeit um eine Querachse des Zahnsegments gemeint. Dies bedeutet insbesondere, dass bei einer Ansicht des Zahnes als Balken von einem Zahnfuß zu einem Zahnkopf eine Biegesteifigkeit vorliegt, welche Biegeverformungen zwischen Zahnkopf und Zahnfuß zumindest im Wesentlichen ausschließt. Durch die Biegesteifigkeit wird eine extrem hohe Belastbarkeit und Verdrehsteifigkeit des Getriebes erreicht.
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Bei typischen Ausführungsformen ist zwischen dem Zahn und der Kurvenscheibe ein Schwenksegment angeordnet, welches auf einer Wälzlagerung gelagert ist, welche wiederum auf der Kurvenscheibe aufliegt. Vorteilhafte Ausführungsformen umfassen ein Schwenksegment, welches zwischen der Kurvenscheibe und jeweils mindestens einem Zahn angeordnet ist. Das Schwenksegment ermöglicht eine Verkippung des Zahnes relativ zu der Oberfläche der Kurvenscheibe oder relativ zu dem Schwenksegment. Typischerweise sind auf einem Schwenksegment mindestens zwei Zähne gelagert. Mehrere auf einem Schwenksegment gelagerte Zähne sind typischerweise in einer Reihe in axialer Richtung nebeneinander angeordnet.
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Typischerweise sind die Zähne jeweils lose mit den jeweiligen Schwenksegmenten verbunden. Bevorzugte Schwenksegmente umfassen ein Profil oder eine Zahnlagerfläche, welche ein Abrutschen des Zahnes von dem Schwenksegment oder ein Verrutschen des Schwenksegments zumindest in einer Richtung verhindert. Es sollte berücksichtigt werden, dass die Schwenksegmente auf diese Weise durch die geführten Zähne in ihrer Lage in Umlaufrichtung relativ zu dem Zahnträger gehalten werden. Ein solches Profil kann beispielsweise ein Wulst sein, welcher in eine Vertiefung eingreift. Das Schwenksegment kann einen Wulst oder eine Vertiefung aufweisen. Bei weiteren Ausführungsformen können die Zähne an den Schwenksegmenten befestigt sein, beispielsweise mit Gelenken oder durch Hinterschneidungen.
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Die Schwenksegmente weisen vorzugsweise einander zugewandte Kanten mit Erhebungen und Vertiefungen auf, beispielsweise eine Wellenform oder eine gezackte Form. Dies bietet den Vorteil, dass Nadelrollen, welche unterhalb der Schwenksegmente angeordnet sind, auch bei einem größeren Abstand zwischen den Schwenksegmenten zuverlässig in dem Raum zwischen den Schwenksegmenten und dem Antriebselement gehalten werden.
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Typische Ausführungsformen der Erfindung umfassen eine Kurvenscheibe als Antriebselement. Die Kurvenscheibe weist vorzugsweise eine nicht-kreisförmige oder eine nicht-ellipsoide Bogenform oder Kurve auf. Die nicht-kreisförmige oder nicht-ellipsoide Bogenform bietet den Vorteil, dass verschiedene Kurven verwendet werden können, um beispielsweise unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse einzustellen. Im Sinne dieser Anmeldung fallen Exzenter typischerweise unter kreisförmige oder ellipsoide Formen, da bei Exzentern lediglich die Drehachse nicht der Mittelachse der Kreisform entspricht, gleichwohl jedoch eine Kreisform vorhanden ist. Typische Kurvenscheiben umfassen zumindest oder genau zwei Erhebungen, welche typischerweise gleichverteilt über den Umfang angeordnet sind. Die Erhebungen können auch als Maxima bezeichnet werden. Mehrere Erhebungen bringen mehr Zähne in Eingriff mit der Verzahnung oder Innenverzahnung.
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Die Verzahnung und die Zähne weisen typischerweise gekrümmte Flanken auf. Beispiele für Krümmungen der Flanken sind eine zylinderförmige Krümmung oder eine Krümmung in Form einer logarithmischen Spirale. Für eine mögliche Ausführungsform einer Krümmung in Form einer logarithmischen Spirale wird auf die
DE 10 2007 011 175 A1 verwiesen. Die gekrümmte Oberfläche bietet den Vorteil, dass die in Eingriff stehenden Flanken flächig und nicht lediglich linien- oder punktförmig anliegen. Auf diese Weise wird eine extreme Steifigkeit bei der Kraftübertragung zwischen der Verzahnung und den Zähnen erreicht.
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Typische Ausführungsformen umfassen zwischen der Profilierung und den Zähnen eine Lagerung mit Schwenksegmenten und Wälzkörpern. Typischerweise sind mindestens zwei nebeneinanderliegende, insbesondere axial parallel oder versetzt liegende Zähne pro Schwenksegment vorgesehen. Auf diese Weise kann das Schwenksegment in seiner Laufbahn bzw. auf seiner jeweiligen Lauffläche stabilisiert werden. Drehungen des Schwenksegments um eine radiale Achse können vermieden werden. Typischerweise sind Wälzkörper von Ausführungsformen als Zylinderrollen, Kegelrollen oder Nadelrollen ausgebildet.
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Typischerweise liegen die Schwenksegmente jeweils mit einer Wälzlagerfläche einerseits auf zumindest einem Teil der Wälzkörper auf und weisen auf einer der Wälzlagerfläche gegenüberliegenden Seite jeweils eine Zahnlagerfläche auf. Auf typischen Zahnlagerflächen sind ein oder typischerweise zumindest zwei Zähne gelenkig gelagert. Bei typischen Ausführungsformen ist die Zahnlagerfläche derart ausgebildet, so dass durch die Zahnlagerfläche eine gemeinsame Drehachse für den einen oder mindestens zwei Zähne gebildet wird. Typische Zahnlagerflächen von Ausführungsformen umfassen jeweils einen runden Flächenabschnitt für jeweils zumindest einen Zahn und/oder mehrere axial parallel angeordnete Zähne, wobei der Mittelpunkt des Radius des runden Flächenabschnitts zumindest im Wesentlichen mit der Wälzlagerfläche zusammenfällt. Typischerweise fällt eine Drehachse des durch die Zahnlagerfläche gebildeten Zahnlagers zumindest im Wesentlichen mit der Wälzlagerfläche zusammen. Auf diese Weise können Relativbewegungen des Schwenksegments relativ zu der Kurvenscheibe minimiert oder vergleichmäßigt werden. Die Zahnlagerfläche kann im Bereich des Zahnlagers als Wulst und/oder als Kreisabschnitt ausgebildet sein.
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Typische Getriebe von Ausführungsformen umfassen parallel umlaufende Reihen von Zähnen. Typisch sind mindestens oder genau zwei Reihen Zähne. Typischerweise laufen die Zähne in parallel umlaufenden Reihen von Führungen des Zahnträgers.
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Bei typischen Ausführungsformen sind jeweils zumindest zwei parallele Zähne auf einem Schwenksegment angeordnet. Typischerweise gehören die zwei parallelen Zähne zu den zwei parallelen Reihen von Zähnen, welche beispielsweis in Führungen in dem Zahnträger geführt sind. Bei Ausführungsformen sind zwei parallele Zähne von parallelen Reihen von Zähnen in Axialrichtung hintereinander auf einem Schwenksegment, typischerweise auf einem Wulst oder in einer Vertiefung des Schwenksegments, angeordnet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Figuren zeigen:
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1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen halben Schnittansicht;
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2 ein Schwenksegment der Ausführungsform der 1 in einer schematischen Seitenansicht;
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3 das Schwenksegment der 2 der Ausführungsform der Fig. 1in einer schematischen Draufsicht;
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4 eine weitere Ausführungsform eines Schwenksegments in einer schematischen Draufsicht;
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5 eine vergrößerte Ausschnitts-Ansicht eines Details der Ausführungsform der 1;
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6 eine vergößerte Ausschnitts-Ansicht eines Details der Ausführungsform der 1; und
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7 eine vergößerte Ausschnitts-Ansicht eines Details einer weiteren Ausführungsform.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend werden typische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bei der Beschreibung der Ausführungsform werden unter Umständen in verschiedenen Figuren und für verschiedene Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet, um die Beschreibung übersichtlicher zu gestalten. Dies bedeutet jedoch nicht, dass entsprechende Teile der Erfindung auf die in den Ausführungsformen dargestellten Varianten beschränkt sind.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel in einer schematischen halben Schnittansicht gezeigt. Die 1 zeigt in einem halben Schnitt schematisch ein Getriebe 1, welches ein Hohlrad 3 mit einer innen liegenden, umlaufenden Verzahnung 5 aufweist. Die Verzahnung 5 oder typische Ausführungsformen der Verzahnung werden im Zusammenhang mit anderen Figuren detaillierter beschrieben.
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Eine zweite Hälfte des Getriebes 1 ist im Schnitt dem dargestellten Schnitt analog aufgebaut. In die Verzahnung 5 greifen Zähne 7 ein. Zur besseren Übersichtlichkeit ist nicht jeder Zahn 7 der 1 auch mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Typischerweise sind zwei axial parallele Zahnkränze mit einzelnen Zähnen 7 vorgesehen. Die Zähne 7 sind in einem Zahnträger 11 radial verschieblich gelagert. Hierzu weist der Zahnträger 11 radial ausgerichtete kanalartige runde oder schlitzartige Öffnungen auf, welche eine radiale Führung der Zähne 7 in dem Zahnträger 11 gewährleisten. Aufgrund der radialen Führung in den Öffnungen ist es für die Zähne 7 lediglich möglich, sich in radialer Richtung entlang ihrer Längsachse zu bewegen, insbesondere ist eine Verdrehung um eine Längsachse des Getriebes 1 relativ zu dem Zahnträger 11 ausgeschlossen.
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Die Längsachse der Zähne bezeichnet typischerweise die vom Zahnfuß zum Zahnkopf verlaufende Achse, während die Längsachse des Getriebes in Richtung der Drehachse des Getriebes zeigt. Dies kann beispielsweise die Drehachse des als Abtrieb verwendbaren Zahnträgers sein oder auch die Drehachse einer Kurvenscheibe.
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Die Zähne 7 werden durch eine Kurvenscheibe 20 angetrieben, welche als hohle Kurvenscheibe 20 ausgeführt ist. Die Kurvenscheibe 20 weist eine Profilierung 22 auf, um die Zähne 7 in radialer Richtung anzutreiben. Die Profilierung 22 weist einen Verlauf mit zwei Erhebungen über den Umfang auf, sodass jeweils gegenüberliegende Zähne 7 am weitesten in Zahnlücken der Verzahnung 5 eingetreten sind.
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Die Zähne 7 sind bei dem in 1 dargestellten Getriebe 1 mit einer Wälzlagerung auf der Profilierung des Antriebselements angeordnet. Die Wälzlagerung umfasst Wälzkörper 23, welche bei diesem Ausführungsbeispiel als Nadelrollen ausgeführt sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Kurvenscheibe innen angeordnet und die Verzahnung außen angeordnet. Bei einer solchen Konfiguration wird der Abtrieb an dem Hohlrad mit der Verzahnung oder an dem Zahnträger abgegriffen, wobei das jeweils andere Element festgelegt wird. Bei weiteren Ausführungsformen ist das Antriebselement außen, d.h. außerhalb des Zahnträgers, angeordnet und die Verzahnung innen angeordnet. Wiederum ist es möglich, den Abtrieb an der inneren Verzahnung oder an dem Zahnträger abzugreifen. Der Zahnträger kann auch mit seinen Öffnungen als Zahnkäfig bezeichnet werden, in welchem Zähne radial linear geführt verschieblich aufgenommen sind.
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Das Getriebe 1 umfasst eine segmentierte Lagerung für die Zähne 7. Die segmentierte Lagerung umfasst Schwenksegmente 24, welche jeweils auf der dem Zahn 7 zugewandten Seite eine runde Zahnlagerfläche (siehe 2) aufweisen, welche einen Wulst bildet, auf dem der Fuß eines Zahnes 7 oder bei typischen Ausführungsformen 2, 3 oder 4 Zähne in axialer Richtung des Getriebes 1 nebeneinander angeordnet sein können. Der Wulst verhindert zusammen mit einer entsprechenden Ausnehmung im Zahnfuß des jeweiligen Zahnes 7 ein Verrutschen des Zahnes 7 auf dem Schwenksegment 24.
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Mit den Wulsten werden jeweils Fußgelenke für die Zähne 7 ausgebildet, sodass sich die Zähne 7 relativ zu den Schwenksegmenten 24 verkippen können, um eine zwangsfreie Führung zu gewährleisten. Die Schwenksegmente 24 sind relativ zueinander in Umlaufrichtung verschieblich, sodass sich die Abstände zwischen den Schwenksegmenten 24 verändern lassen. Auf diese Weise ist auch der Freiheitsgrad in Umlaufrichtung der Schwenksegmente 24 nicht gesperrt. Dies ermöglicht eine weitgehend zwangsfreie Führung und ein weitgehend zwangsfreien radialen Antrieb der Schwenksegmente 24 durch die Profilierung 22 der Kurvenscheibe 20. Für eine Minimierung des Reibungswiderstandes zwischen der Profilierung 22 und den Schwenksegmenten 24 sind die Wälzkörper 23 als Nadelrollen vorgesehen. Bei weiteren Ausführungsformen sind Zylinderrollen oder andere Wälzlager zur Lagerung von Schwenksegmenten vorgesehen.
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Die Zähne 7 werden mit Federn 25 gegen die Schwenksegmente 24 gedrückt. Hierzu sind die Federn 25 mit einem äußeren Ende gegen den Zahnträger 11 gelagert. Das gegenüberliegende, innere Ende einer jeweiligen Feder greift jeweils in eine Nut 26 jeweils eines Zahnes 7 ein. Die Nuten 26 der Zähne 7 sind in Richtung des Zahnträgers 11 abgeflacht, um die konisch zulaufenden Federn 25 aufzunehmen. Nach radial innen in Richtung der Schwenksegmente 24 sind die Nuten 26 mit einer Stufe versehen, um ein Lager für die jeweilige Feder 25 zu bilden. Es sind zur besseren Übersicht in der 1 nicht alle Nuten 26 und alle Federn 25 mit Bezugszeichen versehen. Die Federn werden im Zusammenhang mit anderen Figuren nochmals eingehender beschrieben.
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Die Verzahnung 5 weist an den Zahnköpfen jeweils Ausnehmungen auf, welche in der 1 nicht dargestellt sind, jedoch in der 5. Die Zahnfüße der Verzahnung weisen jeweils Ausnehmungen 27 auf, welche eine Herstellung gegenüber bekannten Getrieben gleicher Bauart vereinfachen. So sind trotz der Zahnflanken-Form der Verzahnung 5 gemäß einer logarithmischen Spirale die Zahnfüße und Zahnköpfe ausgerundet oder mit Kanten versehen. Hintergrund ist, dass eine Führung der Zähne auf Grund der Federn nicht erforderlich ist. Auf diese Weise wird die Herstellung der Verzahnung deutlich erleichtert.
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Die 1, 2, 3, 5 und 6 werden zusammenhängend beschrieben, wobei nicht alle Einzelheiten nochmals erläutert werden und Bezugszeichen für gleiche Teile identisch verwendet werden. Teilweise werden auch im Zusammenhang der 1 Details der Übersichtlichkeit nicht beschrieben, welche im Zusammenhang mit den 2, 3, 5 und 6 erläutert werden.
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In der 2 ist ein Schwenksegment 24 des Getriebes 1 der 1 dargestellt. Das Schwenksegment 24 umfasst ein Zahnlager auf der im Getriebe 1 einem Zahn 7 zugewandten Seite des Schwenksegments 24. Das Zahnlager des Schwenksegments 24 umfasst eine Zahnlagerfläche 28, welche einen runden Flächenabschnitt für jeweils zumindest einen Zahn 7 umfasst. Der runde Flächenabschnitt der Zahnlagerfläche 28 ist dabei kreisrund ausgestaltet. Der Mittelpunkt des Kreises fällt mit einer Wälzlagerfläche 30 des Schwenksegments 24 zusammen. Dadurch wird für die Zähne 7, welche auf den Schwenksegmenten 24 gelagert sind, jeweils eine Drehachse 32 geschaffen, welche mit der Wälzlagerfläche 30 zusammenfällt. Die Wälzlagerfläche 30 ist dabei die dem Zahn abgewandte Seite des Schwenksegments 24, also die Seite, welche dem Wälzkörper 23 oder auch der Kurvenscheibe 20 zugewandt ist. Die Wälzlagerfläche 30 entspricht der Fläche, auf welcher die Wälzkörper 23 abrollen.
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Das Schwenksegment 24 umfasst eine in Umlaufrichtung vordere Segmentkante 34 und eine in Umlaufrichtung hintere Segmentkante 36. Dabei sind die Bezeichnungen „vordere“ und „hintere“ nicht im Sinne einer Bewegung gemeint, vielmehr bezeichnen diese zwei gegenüberliegende Seiten des Schwenksegments 24. Typische Getriebe sind in zwei Richtungen betreibbar, sodass bei einem Betrieb auch die vordere Segmentkante in Bewegungsrichtung beim Umlauf hinten sein kann und dementsprechend die hintere Segmentkante vorne.
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Am Übergang von der Wälzlagerfläche 30 zu der vorderen Segmentkante 34 und zu der hinteren Segmentkante 36 sind jeweils verrundete Rücknahmen oder Fasen 38 vorgesehen. Diese erleichtern ein Einlaufen der Wälzkörper 23 können somit die Laufruhe der jeweiligen Schwenksegmente 24 erhöhen.
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Bei weiteren Ausführungsformen sind im Bereich der Segmentkanten abgerundete Übergänge zwischen der Wälzlagerfläche und der Seitenfläche der Segmentkante vorgesehen. Diese können auch als verrundete Rücknahmen bezeichnet werden.
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Typischerweise sind Fasen oder verrundete Rücknahmen zumindest oder lediglich im Bereich der Vorsprünge vorgesehen.
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Bei typischen Ausführungsformen ist das Schwenksegment ohne axiale Führung ausgebildet. Da die Borde die Führung der Nadelrollen übernehmen, ist eine axiale Führung an dem Schwenksegment nicht zwingend erforderlich. Bei typischen Ausführungsformen sind die Vorsprünge punktsymmetrisch ausgeführt. Weitere Ausführungsformen sind mit achssymmetrisch angeordneten Vorsprüngen ausgeführt.
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Das Schwenksegment 24 der 2 weist einen Mittelstreifen 40 auf, welcher sich zwischen zwei strichlierten Linien in der 2 befindet. Dieser Mittelstreifen 40 befindet sich unter der Zahnlagerfläche 28. Vor und hinter dem Mittelstreifen 40 in Umlaufrichtung befinden sich jeweils Vorsprünge, welche im Zusammenhang mit der 3 und im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen auch mit den 4 und 5 näher erläutert werden.
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In der 3 ist eine Draufsicht auf das Schwenksegment 24 der Ausführungsform der 2 gezeigt, wobei zusätzlich noch Einzelheiten des Getriebes 1 gezeigt sind. Die 3 wird im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben, da jeweils die gleichen Teile dargestellt sind, wenngleich auch in der 3 Einzelheiten gezeigt sind, welche in der 1 und in der 2 nicht gezeigt sind.
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Die schematische Ansicht der 3 ist eine Draufsicht, bei welcher von oben, also von der Seite der Zahnlagerfläche 28 auf das Schwenksegment 24 geblickt wird. Das Schwenksegment 24 liegt auf einem rechten Bord 42 und einem linken Bord 44 auf, welche Teil der Kurvenscheibe sind. Die Borde 42 und 44 begrenzen eine dazwischenliegende Lauffläche 46. Der Übersichtlichkeit halber sind die Wälzkörper in der 3, wie auch in den 4 und 5 nicht dargestellt. Die Wälzkörper, welche bei dem Ausführungsbeispiel als Nadelrollen ausgeführt sind, befinden sich zwischen den beiden Borden 42 und 44 und laufen auf der Lauffläche 46.
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Die Borde 42 und 44 sind ausreichend hoch gegenüber der Lauffläche 46 ausgebildet, sodass sie in etwa dieselbe Höhe erreichen wie die Wälzkörper oder lediglich eine geringfügig niedrigere Höhe, also beispielweise eine mindestens um 0,1% und/oder bis zu 1%, bis zu 5% oder bis zu 10% des Wälzkörper-Durchmessers verringerte Höhe.
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Die Wälzlagerfläche 30 befindet sich in der Ansicht der 3 unter dem Schwenksegment 24 und jeweils zwischen den Borden 42 und 44. Die den Borden 42 und 44 zugewandten Flächen des Schwenksegments 24, welche im Bereich der darunterliegenden Borde 42 und 44 angeordnet sind, werden als Bordlagerflächen 52 und 54 bezeichnet, wobei über jedem der Borde 42 und 44 jeweils eine der Flächen 52 und 54 liegt. Die Bordlagerflächen 52 und 54 liegen jeweils zumindest teilweise auf den Borden 42 und 44 auf und erhöhen somit die Laufruhe des Schwenksegments 24.
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Das Schwenksegment 24 weist einen Mittelstreifen 40 auf, welcher durch strichlierte Linien skizziert ist. Gegenüber diesem Mittelstreifen 40, in dessen Bereich auch die Zahnlagerfläche 28 liegt, kragen Vorsprünge 61, 63, 65 und 67 aus. Die mittleren Vorsprünge 63 und 65 liegen vollständig im Bereich der Wälzlagerfläche 30 und weisen an ihren Enden jeweils verrundete Rücknahmen oder Fasen 38 auf, welche ein Einlaufen der Wälzkörper unter das Schwenksegment 24 erleichtern.
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Die seitlichen Vorsprünge 61 und 67 liegen zumindest teilweise im Bereich der Bordlagerflächen 52 und 54. Die seitlichen Vorsprünge 61 und 67 sind damit geeignet, ein Verkippen des Schwenksegments 24 durch abstützen auf einen der Borde 42 oder 44 zu verhindern.
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Die seitlichen Borde 61 und 67 des Ausführungsbeispiels der 3 kragen in unterschiedliche Richtungen bezüglich der Umlaufrichtung des Schwenksegments 24 aus. Dadurch wird ein Verkippen in beide Richtungen wirksam verhindert.
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Die Länge oder Größe der Auskragung der seitlichen Vorsprünge 61 und 67 im Bereich der Bordlagerflächen ist genauso groß wie die Länge oder Größe der Auskragung der mittleren Vorsprünge 63 und 65. Auf diese Weise wird eine stabile Führung sichergestellt.
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Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schwenksegmentes, welches mit dem Getriebe der 1 verwendet werden kann. Dieses Schwenksegment weist teilweise ähnliche oder identische Merkmale auf, für welche die gleichen Bezugszeichen teilweise verwendet werden, auch wenn die übrigen Merkmale teilweise unterschiedlich sind. Beispielsweise wird für die Segmentkanten durchgängig auf die Bezugszeichen 34 und 36 zurückgegriffen, obwohl die Form der Segmentkante in dem Ausführungsbeispiel der 4 unterschiedlich ist. Es werden auch nicht alle Merkmale bzw. Bezugszeichen nochmals erläutert.
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In der 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Schwenksegments 124 gezeigt, welches beispielsweise auch bei dem Getriebe der 1 verwendet werden kann. Wie bei dem Schwenksegment der 3 gibt es eine vordere Segmentkante 34 und eine hintere Segmentkante 36. Die Segmentkanten 34 und 36 verlaufen parallel. Auf diese Weise können die Schwenksegmente 124, wie auch andere Schwenksegmente beispielhafter Ausführungsformen, jeweils in Umlaufrichtung mit nur geringem Abstand hintereinander verwendet werden.
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Bei typischen Ausführungsformen überschneiden sich die Überdeckungsbereiche der Vorsprünge über den Wälzkörpern, sodass ein Wälzkörper niemals frei ist von einer Überdeckung durch ein Schwenksegment. Dies erhöht die Laufruhe und die Sicherheit des Getriebes.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 besteht ein deutlicher Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 3 darin, dass die Vorsprünge anders gestaltet sind. Das Ausführungsbeispiel der 4 umfasst Vorsprünge 71 bis 78, wobei die Vorsprünge 73 bis 76 mittig über der Lauffläche 46 der Wälzkörper liegen, also im Bereich der Wälzlagerfläche 30 vorgesehen sind. An den mittigen Vorsprüngen 73 bis 76 sind jeweils wieder Fasen 38 oder verrundete Rücknahmen vorgesehen, um ein Einlaufen der Wälzkörper unter die Schwenksegmente 124 jeweils zu erleichtern.
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Im Bereich der Bordlagerflächen 52 und 54 sind beidseitig jeweils zwei Vorsprünge 71, 72 und 77, 78 vorgesehen. Die Vorsprünge 71, 72, 77 und 78 kragen jeweils in beide Richtungen bezüglich der Umlaufrichtungen des Schwenksegments 124 aus. Auf diese Weise wird beidseitig über beiden Borden 42 und 44 eine Abstützung gegenüber beiden Kipprichtungen erreicht.
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In der 5 ist ein Ausschnitt der Verzahnung 5 der 1 vergrößert dargestellt. Die Verzahnung 5 weist an den Zahnköpfen jeweils Ausnehmungen 127 auf. Die Zahnfüße der Verzahnung weisen jeweils Ausnehmungen 27 auf. Durch die Ausnehmungen 27, 127 entstehen jeweils auch Kanten an den Übergängen von den Zahnflanken zu den Ausnehmungen 27, 127.
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Bei weiteren Ausführungsformen werden keine Ausnehmungen oder Ausnehmungen nur am Zahnfuß oder nur am Zahnkopf der jeweiligen Verzahnung vorgesehen.
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In der 6 ist eine Feder 25 der Federn der 1 vergrößert dargestellt. Die Feder 25 läuft in Richtung des Schwenksegments 24 konisch zu und greift in die Nut 26 des Zahnes 7 ein. Die Feder 25 stützt sich am Zahnträger 11 ab.
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In der 7 ist eine weitere typische Ausführungsform in einer ausschnittsweisen Vergrößerung gezeigt. Eine Feder 25‘ ist zylinderförmig und wird an einem Sprengring 129 in dem Zahnträger 11‘ abgestützt. Auf diese Weise kann eine längere Feder verglichen mit der Ausführungsform der 6 verwendet werden. Ein Zahn 7‘ wird durch die Feder 25‘ in Richtung eines Schwenksegmentes (in der 7 nicht dargestellt) gedrückt. Der Zahn 7‘ weist einen schmaleren oder verjüngten, zylinderförmigen Abschnitt 131 auf, in welchem die Feder 25‘ aufgenommen ist. An den beiden Enden des verjüngten Abschnitts 131 befindet sich jeweils eine Stufe. Die zum Schwenksegment weisende Stufe wird bei typischen Ausführungsformen wie bei der in der 7 gezeigten, als Widerlager für die Feder 25‘ verwendet. Auf diese Weise kann die Feder 25‘ auch innerhalb der Führung in dem Zahnträger 11‘ aufgenommen sein.
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Die Erfindung ist nicht auf zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007011175 A1 [0002, 0023]
